Erfahrbares Lernen - Startseite · sollen mit neuen Interaktionsformen erfahrbar und begreifbar...

Erfahrbares Lernen Sammlung der Projektsteckbriefe zum Förderschwerpunkt

Inhaltsverzeichnis

AKOLEP ..........................................................................................................................................................................................4ARSuL ..............................................................................................................................................................................................5Be-greifen .......................................................................................................................................................................................6ELISE-ELE ......................................................................................................................................................................................7ELIXIER ...........................................................................................................................................................................................8ERTRAG ..........................................................................................................................................................................................9HaptiVisT ..................................................................................................................................................................................... 10ILehLe.. ......................................................................................................................................................................................... 11ImmPro ........................................................................................................................................................................................ 12KoBeLU ........................................................................................................................................................................................ 13LISA ............................................................................................................................................................................................... 14MAL ............................................................................................................................................................................................... 15SensoMot ..................................................................................................................................................................................... 16SurMe ........................................................................................................................................................................................... 17TABULA ........................................................................................................................................................................................ 18

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Im Zentrum der Fördermaßnahme „Erfahrbares Ler-nen“ steht die Entwicklung von MTI-Technologien, die realitätsnahe Lernumgebungen, interaktive indi-vidualisierte und an den Lernfortschritt anpassbare Lernangebote und unmittelbares Lernfeedback für den sekundären und tertiären Bildungsbereich so-wie das lebenslange Lernen bieten. Ein Schwerpunkt liegt auf technologiebasierten Lehr- und Lernan-sätzen, die für die praxisnahe Hochschulausbildung unterschiedlicher Fachrichtungen grundlegend sind und die sich gleichzeitig für neue Formen des ange-leiteten, bedarfsgerechten Wissensaufbaus über das gesamte Erwerbsleben eignen.

In den geförderten Verbundprojekten werden neue Formen der Interaktion entwickelt. Wissen soll da-durch greifbarer und praktische Fertigkeiten direkt angewandt und erprobt werden können. Innovative Methoden zur sensorischen Erfassung des Kontextes der Lernenden werden in den Projekten erforscht, um eine individuelle Anpassung an Wissensstand und Lernanforderungen der Nutzer zu ermöglichen. Um die Lernenden stärker zu motivieren, sollen au-ßerdem Möglichkeiten zur direkten Rückspiegelung des Lernerfolgs untersucht werden.

Bei der Entwicklung der neuen Technologien wird ein systemischer Ansatz verfolgt: Technische Inno-vationen werden im Kontext von kognitionswissen-schaftlichen und didaktischen Konzepten entwickelt. Dadurch können Erkenntnisse aus den Kognitionswis-senschaften über die Verarbeitung und Repräsenta-tion von Wissen, Lernstrategien sowie die Steuerung von Aufmerksamkeit in die Projekte mit einfließen. Konzepte für eine erfolgreiche Verankerung der neuen Lernformen in die Struktur der jeweiligen Lehr- und Lernumgebung sollen dabei mitentwickelt werden. Es gilt sicherzustellen, dass gegenüber her-kömmlichen Methoden eine Verbesserung des Lern-effekts durch die praktische Anwendung der Lehr- und Lernsysteme erreicht werden kann.

Fragen zur Kontrolle der Nutzerinnen und Nutzer durch das System sowie zur Speicherung der aufge-nommenen Daten und ihrer Weiterverwendung in

Projekte in der Förderung

AKOLEP: Akustisch und optisch erfahrbares Lernen für den Bereich der Pflegeberufe

ARSuL: Augmented-Reality-basierte Unterstüt-zung für das Lernen im Sanitär-Heizung-Klima-Handwerk

Be-greifen: Begreifbare, interaktive Experi-mente: Praxis und Theorie im MINT-Studium verbinden

ELISE-ELE: Interaktives und emotionssensitives Lernsystem für das Erlernen von Geschäftspro-zessen

ELIXIER: Erfahrungsbasiertes Lernen durch interaktives Experimentieren in erweiterten Realumgebungen

ERTRAG: Virtueller Ergonomie-Trainer in der Pflegeausbildung

HaptiVisT: Entwicklung und Evaluierung eines haptisch-visuellen Lernsystems für chirurgische Eingriffe

ILehLe: Die lernende Lernfabrik – eine intelli-gente Lehr-Lern-Umgebung zur Energie- und Ressourceneffizienz

ImmPro: Immersiver Produktionsraum

KoBeLU: Kontextbewusste Lernumgebung für die Aus- und Weiterbildung

LISA: Besser lernen dank sensorbasierter Analyse

MAL: Gleichungen zum Anfassen – Multimoda-le Algebra Lernen

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den Projekten werden bearbeitet. Da die Systeme sensible Informationen über Personen und deren Umgebung aufnehmen, sind Expertisen ethischer, rechtlicher und sozialer Art (ELSI) in die Projektkon-sortien explizit eingebunden.

Die Fördermaßnahme richtet sich im Rahmen des Forschungsprogramms „IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ nach der neuen „Hightech-Strategie 2020“ der Bundesregierung und ist Teil der „For-schungsagenda der Bundesregierung für den demo-grafischen Wandel: Das Alter hat Zukunft“.

Ansprechpartner:VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Jens ApelTel.: 030 310 078-143E-Mail: [email protected]

SensoMot: Sensorische Erfassung von Motiva-tionsindikatoren zur Steuerung von adaptiven Lerninhalten

SurMe: Chirurgische Simulationen unterschied-licher Schwierigkeitsstufen – The Surgical Mentor System

TABULA: Tangibles auf Multitouch-Tischen für die Informatiklehre

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Akustisch und optisch erfahrbares Lernen für den Bereich der Pflegeberufe (AKOLEP) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Durch den demografischen Wandel steigt der Bedarf an Pflegekräften in Deutschland. Eine Intensivierung und Erweiterung der Ausbildung von Pflegekräften sowie die bessere Integration von Pflegekräften mit Migrationshintergrund können die entstehende Lücke schließen. Das Verbundprojekt AKOLEP richtet das Haupt-augenmerk auf die Entwicklung neuartiger Lern-umgebungen für die Pflegeausbildung, mit der beide Ziele verfolgt werden.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Vorhabens ist es, Lernenden in der Pfle-geausbildung Rückmeldungen zu ihren fachlichen und sprachlichen Kompetenzen zu geben. Dazu werden Pflegeprozesse modelliert, eine Lernum-gebung (Wohnung und Pflegepuppe) mit notwen-diger Sensorik (Kameras, Mikrofone, RFID-Technologie) und Displays ausgestattet, sowie Software für die Darstellung von Anleitungen und Feedbacks entwickelt. Die Ausübung von Pflegetä-tigkeiten (Körperwäsche, Aufstehunterstützung, Wundversorgung und Hygienemaßnahmen) wird aufgezeichnet und die Bewegungsabläufe in Be-zug auf ihre Effizienz automatisch interpretiert. Pflegende erhalten direkte Rückmeldungen zu ihrem Lernfortschritt über Sprachausgabe und Visualisierung auf Displays. Fragen des Daten-schutzes werden im Projekt von Anfang an be-rücksichtigt.

Innovationen und Perspektiven

Interaktive, erfahrbare Lernumgebungen erleich-tern den Übergang von theoretischer Ausbildung im Frontalunterricht und praktischer Ausbildung am Menschen und tragen so zur Verbesserung der Pflegeausbildung bei.

Eine mit Sensoren ausgestattete Lernumgebung ermöglicht die Verbesserung der Pflegeausbildung (Quelle: GFaI e.V., 2016)

Verbundkoordinator AUCOTEAM GmbH Michael Dembek Storkower Str. 115a 10407 Berlin Tel.: 030 42188-676 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,51 Mio. € (davon 64 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.05.2016 bis 30.04.2019 Projektpartner • AUCOTEAM GmbH, Berlin • Deutsches Herzzentrum Berlin • Gesellschaft zur Förderung angewandter

Informatik e.V., Berlin • Promotion Software GmbH, Tübingen • YOUSE GmbH, Berlin

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Tobias Jetzke Tel.: 030 310 078-5414 E-Mail: [email protected]

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Augmented Reality basierte Unterstützung für das Lernen im Sanitär-Heizung-Klima-Handwerk (ARSuL) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Der immer kürzer werdende technische Innovati-ons- und Produktzyklus im Handwerk erfordert eine kontinuierliche Weiterbildung und Flexibilität der Beschäftigten, die jedoch nicht immer möglich ist. Aufgrund des Nachwuchsmangels werden bereits jetzt in einigen Branchen weniger qualifi-zierte Personen in stark technisch ausgerichtete Arbeitsabläufe integriert. Gefragt ist ein System, das ohne aufwändige Qualifizierungen und Anlei-tungen die Mitarbeiter begleitet und ihnen die erforderlichen Kenntnisse zur Verfügung stellt.

Ziele und Vorgehen

Ziel ist eine bedarfsgerechte Qualifizierung und Unterstützung der Beschäftigten mit Bezug zum konkreten Arbeitskontext. Die Unterstützung wird über eine komplexe Integration von Sensorik, intuitiven Mensch-Technik-Schnittstellen und einem Lernmanagement-System realisiert. Dafür werden verfügbare Lernmedien in einem neuarti-gen Gesamtsystem vereint. Das Lernsystem soll über Computer und mobile Geräte (z. B. Smart-phones, Tablets, Datenbrillen) nutzbar sein. Die Lerninhalte werden für alle Beschäftigten unter Berücksichtigung ihres persönlichen Vorwissens und ihrer individuellen Aufgaben bereitgestellt. Das System verfolgt dabei den Ansatz des inte-grierten Lernens.


Das Projekt nimmt das lebenslange Lernen in den Fokus: durch praxisnahe Kombination innovativer Lernkonzepte mit technologischen Hilfen, die den berufsbegleitenden Lernerfolg erhöhen und klas-sische Strukturen zwischen Lehrer und Lernenden aufweichen. Ältere oder körperlich weniger be-lastbare Wissensträger bleiben den Handwerksbe-trieben für die Aus- und Weiterbildung erhalten.

Direkte Unterstützung bei der Installation, Reparatur und Wartung von Anlagen im Sanitär-Heizung- und Klima-Handwerk (Quelle: Hochschule Niederrhein )

Verbundkoordinator Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG Stefan Raabe Bahnhofstr. 15 42897 Remscheid Tel.: 0219 118-2641 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,71 Mio. € (davon 95 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.01.2017 bis 31.12.2019 Projektpartner • Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG, Remscheid • Fachhochschule Südwestfalen, Soest • Hochschule Niederrhein, Krefeld • Hochschule Ruhr West, Bottrop • Zentralstelle für die Weiterbildung im Handwerk,

Düsseldorf

Ansprechpartnerin VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Christine Weiß Tel.: 030 310 078-184 E-Mail: [email protected]

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Begreifbare, interaktive Experimente: Praxis und Theorie im MINT-Studium verbinden (Be-greifen) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

In den MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technikwissenschaften) herrscht ein großer Bedarf an Fachkräften. Hinzu kommt, dass gerade hier die Quote der Studienab-brüche besonders hoch ist. Daher ist es notwendig, junge Menschen langfristig für ein MINT-Studium zu begeistern und komplexe Lernstoffe möglichst anschaulich darzubieten. Ziele und Vorgehen

Hier setzt das Projekt „Be-greifen“ an: Theoretische Grundlagen naturwissenschaftlicher Experimente sollen mit neuen Interaktionsformen erfahrbar und begreifbar gemacht werden. Ziel des Projekts sind innovative Interaktionsmethoden durch die In-tegration digitaler Informationen in die reale Welt. Mit Hilfe von interaktiven Experimenten sollen phy-sikalische Zusammenhänge für Lernende in der universitären MINT-Ausbildung besser verständlich gemacht werden. Physikalische Grundlagen der Mechanik und Thermodynamik, wie beispielsweise die Schwingungseigenschaften eines Fadenpendels sollen in Echtzeit interaktiv erforschbar sein. Dabei erfolgt eine dynamische Anpassung der Interaktion an den Wissensstand, eine direkte Rückspiegelung des Lernfortschritts sowie eine adaptive Anpassung des Systems auf Basis der Interaktion der Lernen-den mit dem System. Innovationen und Perspektiven

Im Projekt werden anfassbare, manipulierbare Ob-jekte („Tangibles“) mit Technologien zur erweiter-ten Realität („Augmented Reality“) kombiniert, um intuitive Nutzerschnittstellen umzusetzen. Mit Hilfe dieser interaktiven Experimente wird es möglich, den Lernprozess im MINT-Studium aktiv zu unter-stützen und Lernenden theoretische Inhalte der Physik praktisch zu veranschaulichen.

Mobile, multimodale und interaktive Bewegungsanalyse (Quelle: PHYWE Systeme GmbH & Co. KG, Technische Universität Kaiserslautern)

Verbundkoordinator Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH Prof. Dr. Paul Lukowicz Trippstadter Str. 122 67663 Kaiserslautern Tel.: 0631 20575-2000 Fax. 0631 20575-4020 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 2,21 Mio. € (davon 81 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.07.2016 bis 30.06.2019 Projektpartner • Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz

GmbH, Kaiserslautern • Technische Universität Kaiserslautern • studio klv GmbH & Co. KG, Berlin • Universität Stuttgart • xCon Partners GmbH, Bremen • Embedded Systems Academy GmbH, Barsinghausen

Ansprechpartnerin VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Katja Karrer-Gauß Tel.: 030 310 078-5529 E-Mail: [email protected]

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Interaktives und emotionssensitives Lernsystem für das Erlernen von Geschäftsprozessen (ELISE-ELE) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Die zunehmende Digitalisierung unserer Gesell-schaft führt im Berufsleben zu einem schnelllebi-gen Wandel von Wissen und Prozessen. Gleichzei-tig müssen sich auch Unternehmen sehr dyna-misch und flexibel an die neuen Gegebenheiten und Anforderungen anpassen. Um unter diesen Umständen profitabel wirtschaften zu können, müssen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter regel-mäßig und zeitnah geschult werden.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt ELISE wird ein interaktives und emoti-onssensitives Lernsystem entwickelt, das als Plan-spiel in einer virtuellen Realität (VR) stattfindet. Die Teilnehmenden erleben die Schulungen mit VR-Brillen sehr realitätsnah. Ein Sensorsystem zeichnet dabei emotionale Zustände und Lerner-folge auf. Die Lerninhalte und das Planspiel wer-den dann an Emotionen wie Stress, Freude oder Frust und den individuellen Erfolg des Lernenden angepasst. Durch das direkte Erleben des Lern-szenarios kann ein individueller und effizienter Lernerfolg ermöglicht werden. Das System wird zunächst für den Bereich des Geschäftsprozess-managements entwickelt und getestet.


Die Innovation des Projektes besteht in der Kom-bination von Emotionserfassung, Interaktivität, virtueller Realität und Didaktik. Die Projektergeb-nisse sollen in Zukunft unter Berücksichtigung ethischer und datenschutzrechtlicher Aspekte auf weitere Szenarien, beispielsweise zum Trainieren von Stress- und Ausnahmesituationen, übertragen werden.

Die VR-Brille ermöglicht ein direkteres Erleben der Schulung. (Quelle: Limbic Entertainment)

Verbundkoordinator Limbic Entertainment GmbH Dr.-Ing. Florian Mehm Heinrich-Hertz-Str. 21 63225 Langen Tel.: 06103 501978-6 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 2,14 Mio. € (davon 70 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.03.2016 bis 28.02.2019 Projektpartner • Limbic Entertainment GmbH, Langen • Software AG, Saarbrücken • Universität Siegen

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Moritz Kirste Tel.: 030 310 078-5418 E-Mail: [email protected]

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Erfahrungsbasiertes Lernen durch interaktives Experimentieren in erweiterten Realumgebungen (ELIXIER) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Der technologische Wandel eröffnet neue Mög-lichkeiten für die realitätsnahe, interaktive und kontextbasierte Wissensvermittlung in der Aus- und Weiterbildung. Durch integrierte Lernszena-rien im Arbeits- oder Laborumfeld wird Wissen dort vermittelt, wo es benötigt wird.

Ziele und Vorgehen

Im Zentrum des Vorhabens stehen didaktisch-technologische Innovationen für das Lernen und Lehren in realen und realitätsnahen (virtuellen) Laborumgebungen. Beim Aufbau und der Durch-führung von Versuchen erhalten Studierende wie auch Lehrpersonal eine kontextbasierte, tutorielle Assistenz. Eine webbasierte Infrastrukturlösung (seamless smart lab) ermöglicht die intelligente Vernetzung von Lehrmitteln und Laborausstattung mittels sog. „smart objects“ sowie eine vom End-gerät unabhängige Nutzbarkeit. Auf diese Weise können Wissen und Fertigkeiten aus Laborpraktika jederzeit und an jedem Ort abgerufen werden, wenn sie in der Praxis benötigt werden. Der Lern-erfolg wird auf Basis von Interaktionsmustern und der sensorischen Erfassung von Experimentzu-ständen kontrolliert. In einem Erfahrungsportfolio können virtuelle, interaktive Versionen durchge-führter Experimente erstellt und außerhalb der Laborumgebung abgerufen werden.


Im Rahmen verschiedener Anwendungskontexte wird ein universelles Lernsystem für Laborpraktika entwickelt. Einen Schwerpunkt bilden Usability-Aspekte sowie Fragen der didaktischen Gestaltung der Lerninhalte und sensorischen Erfassung von Messwerten. Die Chancen und Risiken hinsichtlich Selbstbestimmung, Teilhabe, Privatsphäre und Datenschutz werden einbezogen.

Lernen in erweiterter Laborumgebung: Erfahrungen im Experiment werden nahtlos übertragbar (Quelle: Freie Universität Berlin)

Verbundkoordinator Archimedes Exhibitions GmbH Frank Spenling Saarbrücker Str. 24 10405 Berlin Tel.: 030 2000577-00 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 2,2 Mio. € (davon 76 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.05.2016 bis 31.10.2018 Projektpartner • Archimedes Exhibitions GmbH, Berlin • Freie Universität Berlin • LD Didactic GmbH, Hürth • Bauhaus-Universität Weimar • Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie

(IDMT), Ilmenau/Oldenburg

Ansprechpartnerin VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Catherine Naujoks Tel.: 030 310 078-433 E-Mail: [email protected]

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Virtueller Ergonomie-Trainer in der Pflegeausbildung (ERTRAG) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Bei der Ausbildung der Pflegekräfte ist die ergo-nomisch korrekte Ausführung von Pflegemaß-nahmen von großer Bedeutung, um einerseits die Pflegebedürftigen optimal zu versorgen und an-dererseits gesundheitliche Folgeschäden der Pfle-genden zu vermeiden. In der Pflegeausbildung stehen jedoch nur punktuell Ergonomie-Experten zur Verfügung.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt wird ein virtueller Ergonomietrainer entwickelt, welcher das individuelle Erlernen von ergonomisch korrekten Bewegungsabläufen in der Pflege unterstützt. Dem Pflegenden stehen über das ERTRAG-System Aufzeichnungen ausge-wählter Pflegetätigkeiten von ergonomisch ge-schulten Experten als Anleitung und Referenz zur Verfügung. Beim Üben dieser Pflegetätigkeiten (mit Tandem-Partner oder Pflegepuppe) wird die Ausführung der Bewegung durch die Sensorik und Software des ERTRAG-Systems erfasst und in Echtzeit analysiert. So können dem Pflegenden individuelle Rückmeldungen zu Ausführungsquali-tät und Lernfortschritt gegeben werden, um die Ergonomie der Bewegungen zu verbessern. Die Nutzereinbindung sowie Fragen des Datenschut-zes sind wichtige Aspekte des Projektes.


Die Pflegeausbildung wird durch das ERTRAG-System unterstützt, indem zusätzliche Möglichkei-ten zum angeleiteten Üben der Pflegetätigkeiten zur Verfügung gestellt werden, mit Fokus auf Er-gonomie. Das situative, erfahrbare Lernen wird gefördert, wobei persönliche Präferenzen und Lernbedarfe bei Anleitung und Feeback explizit berücksichtigt werden.

Beispielhaftes Setting für situationsnahe Anleitung und Feedback (Quelle: Projekt ERTRAG)

Verbundkoordinator TWT GmbH Science & Innovation Dr. Johannes Reichold Ernsthaldenstr. 17 70565 Stuttgart Tel.: 07541 3754-17 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 2,53 Mio. € (davon 75 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.06.2016 bis 31.05.2019 Projektpartner • TWT GmbH Science & Innovation, Stuttgart • Hochschule Ravensburg-Weingarten, Weingarten • Universität Konstanz • Sarissa GmbH, Weingarten

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Markus Adelberg Tel.: 030 310078-5666 E-Mail: [email protected]

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Entwicklung und Evaluierung eines haptisch-visuellen Lernsystems für chirurgische Eingriffe (HaptiVisT) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Komplexe Operationen an knöchernem Gewebe gehören zu den wichtigsten Tätigkeiten von Chi-rurgen. Dabei müssen Verletzungen von Risi-kostrukturen wie Nerven oder Gefäßen unbedingt vermieden werden. Um solche Eingriffe sicher und fehlerfrei durchzuführen, ist langjährige Er-fahrung sowie eine umfangreiche theoretische und praktische Aus- und Fortbildung notwendig, die teilweise berufsbegleitend absolviert wird.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt HaptiVisT wird ein haptisch-visuelles Trainingssystem für chirurgische Eingriffe an komplexen Knochenstrukturen realisiert, das me-dizinische Aufnahmen wie CT und MRT nutzt und als sogenanntes „Serious Game“ mit immersiver Didaktik gestaltet wird. Es bildet damit eine Er-gänzung zu vorhandenen Aus- und Fortbildungs-möglichkeiten an Tiermodellen. Außerdem schließt es die Lücke zur praktischen Anwendung am Patienten durch ein haptisches und visuelles Lernerlebnis. HaptiVisT realisiert zunächst das Training für die minimalinvasive Handchirurgie und Implantationen am Innenohr.


Die stetige Fortbildung des ärztlichen Personals im Bereich der minimalinvasiven Chirurgie bleibt durch das neue Trainingssystem nicht auf wenige, spezialisierte Zentren beschränkt, sondern lässt sich auch auf kleinere Kliniken im ländlichen Raum ausdehnen. Eine derartige Verbreiterung der pra-xisnahen Aus- und Fortbildung in chirurgischen Spezialdisziplinen kann einen wichtigen Beitrag leisten, um dem Facharztmangel in der Fläche zu begegnen.

Das Trainingssystem ermöglicht Fortbildungen für die Handchirurgie. (Quelle: szenaris GmbH)

Verbundkoordinator szenaris GmbH Dr. Uwe Katzky Otto-Lilienthal-Str. 1 28199 Bremen Tel.: 0421 59647-0 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,51 Mio. € (davon 83 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.06.2016 bis 31.05.2019 Projektpartner • szenaris GmbH, Bremen • SeeFront GmbH, Hamburg • Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS),

Erlangen • Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg • Universität Leipzig, Universitätsklinikum AöR, Leipzig • Universitätsklinikum Regensburg

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Markus Schürholz Tel.: 030 310 078-5436 E-Mail: [email protected]

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Die lernende Lernfabrik – eine intelligente Lehr-Lern-Umgebung zur Energie- und Ressourceneffizienz (ILehLe) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Um das lebenslange Lernen in Unternehmen zu verankern, ist eine ganzheitliche Lernkultur mit modernen Lehr- und Lernumgebungen wichtig. Beschäftigte sollen losgelöst von Workshops oder Fortbildungen jederzeit und eigenständig lernen können. Für den Aufbau von Wissen über indus-trielle Produktionsprozesse hat sich in den letzten Jahren das Konzept der Lernfabrik etabliert. The-men der Energie- und Ressourceneffizienz werden dabei bisher jedoch nur nachrangig behandelt.

Ziele und Vorgehen

Ziel im Projekt ist eine neuartige, selbstlernende Lernfabrik für den angeleiteten, informellen Wis-sens- und Kompetenzerwerb zur Energie- und Ressourceneffizienz: Zentrale Komponenten sind die physische Fabrikumgebung, das entsprechen-de virtuelle Modell, der Lernende in Interaktion mit anderen Lernenden in der Fabrikumgebung sowie ein adaptives Lernmanagement-System als zentrale Steuerung. Über Sensoren und Algorith-men wird der Lernfortschritt ausgewertet und der Lernprozess individuell angepasst. Die Lernenden bekommen über unterschiedliche Sinneskanäle ein ganzheitliches Feedback. Durch spielerische Methoden wird der technisch-organisatorische Fokus von Lernfabriken erweitert.


Die lernende Lernfabrik verzahnt die berufliche Aus- und Weiterbildung mit der Betriebspraxis. Sie stellt das Individuum in den Mittelpunkt und passt sich dynamisch dem individuellen Lernstand und Lerntempo an. Neben technologischen Fra-gen der Produktion werden soziale Aspekte der Zusammenarbeit, datenschutzrechtliche Fragen sowie ökologische und ökonomische Rahmenbe-dingungen in den Blick genommen.

Die lernende Lernfabrik animiert zum Wissenserwerb über Produkti-onsprozesse. (Quelle: Technische Universität Braunschweig)

Verbundkoordinator Volkswagen AG Holger-Helmuth Schmidt Hermann-Münch-Str. 1 38440 Wolfsburg Tel.: 05361 9-192330 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 2,01 Mio. € (davon 65 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.05.2016 bis 30.04.2019 Projektpartner • Volkswagen Aktiengesellschaft, Wolfsburg • SDZ Simulationsdienstleistungszentrum GmbH,

Dortmund • Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu

Braunschweig • C4C Engineering GmbH, Braunschweig

Ansprechpartnerin VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Catherine Naujoks Tel.: 030 310 078-433 E-Mail: [email protected]

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Immersiver Produktionsraum (ImmPro) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“

Motivation

Der technologische Fortschritt in der Produktions-technik erfordert zunehmend hoch qualifizierte Tätigkeiten, für die eine abgeschlossene Hoch-schulausbildung verbunden mit Praxiserfahrung vorausgesetzt wird. Im ingenieurwissenschaftli-chen Studium der Produktionstechnik steht diese immer stärker nachgefragte praxisnahe Bedie-nung von Maschinen und Produktionssystemen jedoch bisher nicht im Fokus.

Ziele und Vorgehen

Das Ziel von „ImmPro“ ist die praxisnahe Gestal-tung von produktionstechnischen Lehr- und Lern-umfängen in der Hochschulausbildung. Studie-rende sollen neben theoretischen auch praktische Lernerfahrungen sammeln können und dabei ein unmittelbares Lernfeedback erhalten. Weiterhin soll den Nutzern eine Lernumgebung zur Verfü-gung gestellt werden, die es ermöglicht, jederzeit den persönlichen Lernerfolg zu messen. Hierfür wird ein neuartiger Produktionsraum als innovati-ves Lernsystem konzipiert, entwickelt, gebaut und getestet. Dieser physisch existierende Raum ver-bindet Elemente einer realen Werkzeugfertigung mit einer virtuellen Lernumgebung. Darüber hin-aus wird das in der deutschen Produktionstechnik vorhandene Wissen von älteren Mitarbeitern aktiv in die Gestaltung der zu lehrenden Inhalte eingebunden.


Die innovative Lehr- und Lernumgebung „ImmPro“, die reale und virtuelle Räume mit-einander verbindet und dabei die praktische Er-fahrung in den Mittelpunkt stellt, bietet Lösungen für den Fachkräftemangel in der deutschen Pro-duktion.

Verbindung einer realen Werkzeugfertigung mit einer virtuellen Lern-umgebung (Quelle: DFA Demonstrationsfabrik GmbH)

Verbundkoordinator DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH Dr.-Ing. Gregor Tücks Campus-Boulevard 57 52074 Aachen Tel.: 0241 51031-803 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,71 Mio. € (davon 65 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.05.2016 bis 30.04.2019 Projektpartner • DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH, Aachen • Meissner AG, Biedenkopf • Rheinisch-Westfälische Technische

Hochschule Aachen • i2solutions GmbH, Stolberg

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Marcel Kappel Tel.: 030 310 078-244 E-Mail: [email protected]

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Kontextbewusste Lernumgebung für die Aus- und Weiterbildung (KoBeLU) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Berufliche Aus- und Weiterbildung findet oft in speziell dafür vorgesehenen Umgebungen statt, in denen abstraktes Wissen ohne unmittelbaren Pra-xisbezug und ohne Anpassung an das individuelle Lernverhalten gelehrt wird. Adaptive Systeme, die personalisierte Lösungen für ein praxisnahes Ler-nen bieten, werden bisher wenig eingesetzt. Ziele und Vorgehen

Im Projekt KoBeLU steht die Entwicklung einer praxisorientierten und kostengünstigen Lern- und Anleitungsumgebung im Vordergrund, in der indi-viduell angepasste Informationen, z.B. zu Elektro-nikbauteilen, sobald man sie berührt, direkt in den Arbeitsbereich projiziert werden. Durch Gamifica-tion-Ansätze (spielerische Anreicherung der Auf-gaben) wird zusätzliche Motivation geschaffen. Die Kombination von interaktiver Projektion, Gesten-steuerung, Emotions- bzw. Stresserkennung – un-ter Berücksichtigung des Datenschutzes – sowie Handlungsorientierung und spielerischem Ansatz macht Lerninhalte tatsächlich „begreifbar“. Entwi-ckelt und erprobt wird das System in einem nut-zerzentrierten Designprozess mit Auszubildenden bzw. Teilnehmerinnen und Teilnehmern von be-trieblichen Weiterbildungen, Studierenden der Elektrotechnik und Bewohnern von Pflegeeinrich-tungen im Lernbereich Kochen. Innovationen und Perspektiven

Das im Projekt geplante kontextbewusste System soll Personen wie ein persönlicher Coach beim Lernen begleiten und motivieren. Indem es Ler-nenden die eigenständige Lösung auch komplexer praktischer Aufgaben ermöglicht, leistet es einen Beitrag zur nachhaltigen Verbesserung der Aus- und Weiterbildung. Der oft ungünstigen Betreu-ungsrelation und dadurch bedingten häufig sin-kenden Lernmotivation – gerade in den MINT-Fächern – wird damit effizient entgegengewirkt.

Mittels Bewegungserkennung, Projektion und Gamification wird ein Lernender durch das KoBeLU-System zugleich begleitet und motiviert. (Quelle: KORION GmbH)

Verbundkoordinator Universität Stuttgart Prof. Dr. Albrecht Schmidt Pfaffenwaldring 5a 70569 Stuttgart Tel.: 0152 22980549 E-Mail: [email protected]

Projektvolumen 2,69 Mio. € (davon 74 % Förderanteil durch BMBF)

Projektlaufzeit 01.08.2016 bis 31.07.2019

Projektpartner • Universität Stuttgart • Hochschule Offenburg • Eberhard Karls Universität Tübingen • Gemeinnützige Werkstätten und Wohnstätten GmbH,

Gärtingen • User Interface Design GmbH, Mannheim • AUDI AG, Ingolstadt • MAHLE International GmbH, Stuttgart • Stiefel Digitalprint GmbH, Lenting

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Jens Apel Tel.: 030 310 078-143 E-Mail: [email protected]

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Besser lernen dank sensorbasierter Analyse (LISA) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“

Motivation

Gelernt wird in vielen unterschiedlichen Umge-bungen. Zuhause, in der Schule, Bibliothek, Uni-versität, auf der Arbeit oder unterwegs. Doch wie wirken sich diese Umgebungen auf unser Lern-verhalten aus, wie fühlen wir uns als Lernende? Die junge Wissenschaft Learning Analytics sam-melt Daten von Lernenden, analysiert diese und unterstützt so das Lernen – durch Feedback und Empfehlungen, oder dadurch, dass die Anforde-rungen an die aktuelle Lernsituation angepasst werden.

Ziele und Vorgehen

Ein im Projekt LISA entwickeltes Sensorarmband für Lernende misst Herzrate, Hautleitfähigkeit und Luftqualität. Diese Daten werden an einen per-sönlichen Lernbegleiter, ein Tablet-basiertes Ge-rät, übertragen. Der Lernbegleiter bestimmt dar-aus den emotionalen Zustand und leitet mit dem Einverständnis des oder der Lernenden diese In-formationen an die LISA Lernanwendung weiter. Darauf aufbauend passt das System die individuel-le Lernumgebung an und bietet den Lernenden Handlungsoptionen, wie sie ihr eigenes Lernver-halten anpassen und verbessern können – zum Beispiel durch Änderung von Dauer und Zeitpunkt des Lernens oder durch Anpassung von Lernme-thode und Lernumgebung


Die Innovation des Projekts besteht in der Analyse von Sensordaten zum Erkennen individueller Lernsituationen. Die in LISA gewonnenen Er-kenntnisse sollen in Zukunft dazu beitragen, das Lernen besser zu verstehen und Lernende effekti-ver unterstützen zu können.

LISA erfasst und analysiert den Lernkontext. (Quelle: Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin)

Verbundkoordinator Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Prof. Dr. Albrecht Fortenbacher Wilhelminenhofstr. 75a 12459 Berlin Tel.: 030 5019-2321 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 2,06 Mio. € (davon 74 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.04.2016 bis 31.03.2019 Projektpartner • Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin • Humboldt-Universität zu Berlin • Stiftung Medien in der Bildung – Leibniz-Institut

für Wissensmedien, Tübingen • NEOCOSMO GmbH, Saarbrücken • SGM Solutions & Global Media GmbH, Berlin • Promotion Software GmbH, Tübingen


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Gleichungen zum Anfassen – Multimodal Algebra Lernen (MAL) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“

Motivation

Die Algebra ist ein wichtiger Bestandteil des Schulfachs Mathematik: Ein gutes Verständnis ist die Grundlage für ein weiterführendes Studium, nicht nur der Naturwissenschaften. Jedoch fällt es vielen Lernenden aller Ausbildungsphasen schwer, abstrakte Algebra-Konzepte wie Glei-chungen und Variablen nachzuvollziehen und anzuwenden.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Projektes MAL ist ein Algebra-Lernsystem, das den Lernenden an Schule, Universitäten und in der Aus- und Weiterbildung abstrakte Algebra-Konzepte physisch begreifbar, interaktionsfähig und deshalb körperlich erfahrbar vermittelt. Hier-zu werden berührbare Lernelemente entwickelt, die Algebra-Konzepte wie beispielsweise Zahlen oder Variablen verkörpern. Die Lernenden können diese Elemente anordnen und verändern und das System über Gesten steuern. Dabei erhalten sie ein akustisches und visuelles Feedback. Der Inter-aktionsraum, in dem diese Objekte eingesetzt werden – beispielsweise eine Tischoberfläche – wird durch ein großflächiges Display ergänzt. So entstehen Sinneserfahrungen, die zu einem tiefe-ren und nachhaltigeren Verständnis der algebrai-schen Zusammenhänge beitragen sollen.


MAL greift drei Komponenten der Mathematik-didaktik auf, die in der Forschung bislang separiert betrachtet wurden: taktile Modelle, digitale Inter-aktion und Feedback durch Bewegung und Ges-ten. Ihre Verknüpfung ist neu und erschließt ein Lernpotenzial, das die Stärken jeder Komponente nutzbar macht und ihre Schwächen kompensiert.

Die berührbaren Lernelemente verkörpern die abstrakten Algebra-Konzepte. (Quelle: Universität Bremen)

Verbundkoordinator Universität Bremen Prof. Dr. Rainer Malaka Postfach 33 04 40 28334 Bremen Tel.: 0421 218-64402 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,74 Mio. € (davon 77 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.06.2016 bis 31.05.2019 Projektpartner • Universität Bremen • Institut für Informationsmanagement Bremen GmbH,

Bremen • Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel

Diesterweg Schöningh Winklers GmbH, Braunschweig • xCon Partners GmbH, Bremen


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Sensorische Erfassung von Motivationsindikatoren zur Steuerung von adaptiven Lerninhalten (SensoMot) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

Die Motivation ist beim Lernen der entscheidende Faktor, um Lerninhalte zu verstehen und zu behal-ten. Wenn die Motivation groß ist, nehmen Lern-freude und Interesse zu und führen zu guten Lernerfolgen. Diagnostiziert man Motivationsstö-rungen frühzeitig, können Lernprozesse angepasst werden und eine erfolgreichere Adaption der Lerninhalte ist möglich.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Projekts „SensoMot“ ist es, mit Hilfe von Sensordaten kritische motivationale Zustände zu erkennen. Durch die Ableitung passender Adapta-tionsmechanismen soll der Lernprozess so ge-steuert werden, dass er der Motivation der Ler-nenden entspricht. Über sogenannte Wearables werden physische Daten der Lernenden erhoben, die z. B. auf Stress oder Langeweile hinweisen. Der Algorithmus der Lernsoftware passt daraufhin zum Beispiel die Lerngeschwindigkeit an. Entspre-chende Lernszenarien werden für die universitäre Lehre am Beispiel „Nanotechnologie“ sowie für die berufliche Fernlehre in der Technikerausbil-dung im Maschinenbau prototypisch entwickelt und evaluiert. Dieses Lernsystem soll durch ent-sprechende Applikationen unter Berücksichtigung datenschutzrechtlicher Aspekte, möglichst schnell der Bildungspraxis zur Verfügung gestellt werden.


Durch „SensoMot“ wird es erstmalig möglich, motivationsbedingte Lernblockaden mit Hilfe von unaufdringlichen Sensoren frühzeitig zu erfassen und Lerninhalte daran anzupassen. Eine so erhöh-te Lernmotivation könnte in vielen technologieba-sierten Lehr-Lern-Szenarien zu größeren Lerner-folgen und niedrigeren Abbruchquoten führen.

Technisch gestützte Stärkung der Motivation kann zu größeren Lerner-folgen führen. (Quelle: AmmentorpDK/Thinkstock)

Verbundkoordinator Nagarro GmbH Michel Dorochevsky Aidenbachstr. 42 81379 München Tel.: 089 785000-120 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,68 Mio € (davon 76 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.04.2016 bis 31.03.2019 Projektpartner • Nagarro GmbH, München • Deutsches Institut für Internationale Pädagogische

Forschung, Frankfurt am Main • Fernlehrinstitut Dr. Robert Eckert GmbH,

Regenstauf (Bayern) • Technische Universität Ilmenau • Medical School Hamburg • Leuphana Universität Lüneburg

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Marcel Kappel Tel.: 030 310 078-244 E-Mail: [email protected]

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Chirurgische Simulationen unterschiedlicher Schwierigkeitsstufen – The Surgical Mentor System (SurMe)

BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“

Motivation

Obwohl die Chirurgie als Hochrisikobereich gilt, ist das chirurgische Training noch immer nicht vergleichbar mit dem Flugsimulatortraining für Piloten oder dem Human-Factors-Training für Anästhesisten. Training in der Chirurgie besteht hauptsächlich darin, Experten zu beobachten und sich deren Fähigkeiten dann „Learning by Doing“ anzueignen. Dringend notwendig sind darum Ansätze, in denen die Basisfähigkeiten praxisnah ausprobiert und gleichzeitig die Lernprozesse bewertet werden können.

Ziele und Vorgehen

Das Ziel von SurMe ist die Entwicklung eines innovativen Trainingskonzepts für den gesamten Ausbildungsweg in der Wirbelsäulenchirurgie und zwar von der studentischen Praxisausbildung über die Weiterbildung des Assistenzarztes bis hin zur lebenslangen Fortbildung des Facharztes. Das Trainingssystem basiert auf modernen didaktischen und sportwissenschaftlichen Ansätzen, motivierenden Lernmethoden und findet im Rahmen eines „Spiels mit ernsthaftem Hintergrund“ (Serious Game) statt. Mit Hilfe von Tablets, Apps, etc. und chirurgischen Instrumenten werden standardisierte und messbare Inhalte und Aufgaben ausgeführt und ausgewertet. Für fortgeschrittene Fähigkeiten soll ein hochgenauer Simulator integriert werden.


Moderne Technik und ein hoher Authentizitäts-grad tragen im Projekt SurMe zu einer Effektivierung und Verkürzung der chirurgischen Aus- und Weiterbildung bei.

Lebenslanges Lernen in der Chirurgie mit dem Surgical-Mentor-System (SurMe) (Quelle: ISTT Leipzig)

Verbundkoordinator Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig Prof. Dr. Werner Korb Eilenburger Str. 13 04317 Leipzig Tel.: 0341 3076-3101 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,41 Mio. € (davon 77 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.05.2016 bis 30.04.2019 Projektpartner ● Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig ● Schön Klinik-Wirbelsäulenzentrum, München ● MRC SYSTEMS GmbH Medizintechnische Systeme,

Heidelberg ● CodeCraft GmbH, Leipzig Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Markus Schürholz Tel.: 030 310 078-5436 E-Mail: [email protected]

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Tangibles auf Multitouch-Tischen für die Informatiklehre (TABULA) BMBF-Fördermaßnahme der Mensch-Technik-Interaktion im Rahmen des Förderschwerpunktes „Erfahrbares Lernen“ Motivation

In vielen modernen Berufsfeldern werden Arbeit-nehmerinnen und Arbeitnehmer mit Aufgaben konfrontiert, die grundlegende Kenntnisse der Informatik erfordern. Informatikkonzepte sind jedoch im Vergleich zu anderen Naturwissen-schaften besonders abstrakt und werden deshalb von Lernenden häufig als sehr komplex und schwierig wahrgenommen.

Ziele und Vorgehen

TABULA vereinfacht das Erlernen von Informatik-konzepten, indem es zwei innovative Hardware-komponenten kombiniert. Ein Multitouch-Tisch dient als physische Arbeitsfläche und als Display, auf dem Inhalte für alle Nutzerinnen und Nutzer sichtbar sind. Auf ihm können Lernende mehrere Tangibles (anfassbare Objekte) ablegen, verschie-ben und manipulieren. Der Tisch erkennt die Ob-jekte auf seiner Oberfläche und verfolgt fortlau-fend ihre Position und Rotation. TABULA kann um jedes Tangible herum Werte und andere Informa-tionen anzeigen (sog. digitale Aura). So können die Tangibles repräsentativ für abstrakte Informa-tikkonzepte wie Knoten und Kanten in Bäumen oder für die flussbasierte Programmierung einge-setzt werden.


TABULA verwendet einen Multitouch-Tisch mit der von Smartphones bekannten kapazitiven Er-kennung durch Berühren. Auf diesen Tischen ist jedoch das Detektieren von Tangibles bislang eine große Herausforderung. Die Kombination aus Display, Tangibles und einer dynamisch anpassba-ren digitalen Aura macht TABULA sehr flexibel und ermöglicht dadurch ein unmittelbares Lern-feedback und eine Anpassung an den individuel-len Lernfortschritt.

Tangibles auf einem Multitouch-Tisch als anfassbare Knoten in einem binären Suchbaum (Quelle: RWTH Aachen)

Verbundkoordinator Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Prof. Dr. Jan Borchers Ahornstr. 55 52074 Aachen Tel.: 0241 80-21050 E-Mail: [email protected] Projektvolumen 1,15 Mio. € (davon 83 % Förderanteil durch BMBF) Projektlaufzeit 01.05.2016 bis 30.04.2019 Projektpartner • Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen • inside Unternehmensgruppe, Aachen • Elektor-Verlag GmbH, Aachen

Ansprechpartner VDI/VDE Innovation + Technik GmbH Dr. Jens Apel Tel.: 030 310 078-143 E-Mail: [email protected]

Erfahrbares Lernen - Startseite · sollen mit neuen Interaktionsformen erfahrbar und begreifbar...

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